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Transkript Huygens'sches Prinzip – Ausbreitung mechanischer Wellen

Hallo und herzlich willkommen zu Physik mit Kalle. Wir wollen uns heute aus dem Gebiet Schwingungen und Wellen mit der Ausbreitung mechanischer Wellen beschäftigen. Und dazu werden wir uns das huygenssche Prinzip genauer ansehen. Wir lernen heute, wie sich Wellen ausbreiten, genauer gesagt, wie das huygenssche Prinzip sagt, dass sich Wellen ausbreiten. Wir werden uns die Ausbreitung einer mechanischen Welle an den Beispielen einer Kugelwelle und einer ebenen Wellenfront ansehen. Und zum Schluss gibt es einen Vorgeschmack auf die komplizierteren Dinge, auf die wir uns in der nächsten Zeit stürzen werden, nämlich Reflexion mit dem huygensschen Prinzip. Die Ausbreitung mechanischer Wellen, also z.B. einer Wasserwelle, kann mit dem huygensschen Prinzip erklärt werden. Aber was besagt dieses nun genau? 1. Jeder Punkt einer Wellenfront ist der Ursprung einer halbkugelförmigen Elementarwelle, die sich mit gleicher Ausbreitungsgeschwindigkeit C und gleicher Wellenlänge ? wie die ursprüngliche Welle ausbreitet. Man nimmt übrigens an, dass die Elementarwelle halbkugelförmig ist, damit sie sich nicht gegen die Laufrichtung der ursprünglichen Welle ausbreiten kann und sich damit stehende Wellen bilden können. Lasst euch also davon nicht verunsichern. 2. Die Einhüllende dieser Elementarwellen ist die neue Wellenfront. Wir wollen uns das im nächsten Kapitel mal mit 2 leichten Beispielen etwas genauer ansehen. Wir fangen an mit einer Kugelwelle. Da wir die jedoch an unserer Tafel relativ schlecht darstellen können, vereinfachen wir das Ganze ein wenig und machen einen Querschnitt durch die Kugelwelle und erhalten somit eine Kreiswelle. Stellt euch einfach vor, ihr lasst einen Stein in einen Teich fallen und seht zu, wie sich die Wellen kreisförmig ausbreiten. Im Bild seht ihr die von meinem Stein verursachte kreisförmige Wellenfront. Nun stelle ich mir an jedem Punkt meiner Wellenfront eine sich halbkugelförmig ausbreitende Elementarwelle vor. Ich lasse meine Elementarwellen sich nun ein wenig ausbreiten und dann zeichne ich sie auf. Natürlich kann ich sie nicht alle aufzeichnen, sonst sehe ich nur schwarz. Aber wenn ich eine sinnvolle Auswahl treffe, sieht das Ganze ungefähr so aus.  So, nun habe ich also den 1. Teil des huygensschen Prinzips befolgt. Es wird Zeit für den 2. Teil. Die Einhüllende aller dieser Elementarwellen ist die neue Wellenfront. Das sieht ja eigentlich ganz gut aus. Wie erwartet ist unsere kreisförmige Wellenfront eine kreisförmige Wellenfront geblieben, aber einfach nur größer geworden. Als nächstes wollen wir uns mal ansehen, was passiert, wenn ich eine ebene Wellenfront betrachte. Diese hat die Ausbreitungsgeschwindigkeit und -richtung C. Ich gehe hier aber eigentlich genauso vor wie bei meiner Kreiswelle. Jeder Punkt meiner Wellenfront ist ein Ursprung einer halbkugelförmigen Elementarwelle, die ich erst ein wenig ausbreiten lasse und dann für ausgewählte Punkte einzeichne. Wenn ich nun wieder, dem 2. Teil des huygensschen Prinzips folgend, eine Einhüllende einzeichne, sehe ich, ich habe genau bekommen, was ich erwartet habe. Meine ebene Wellenfront ist eben geblieben. Wir schreiben uns also auf: Eine Überprüfung der Wellenausbreitung mit dem huygensschen Prinzip ergibt: eine kreisförmige Wellenfront bleibt eine kreisförmige Wellenfront und eine ebene Wellenfront bleibt eine ebene Wellenfront. Das ist natürlich jetzt noch nicht so kompliziert, aber keine Angst, mit dem huygensschen Prinzip kann man noch viel kompliziertere Dinge nachvollziehen. Einen kleinen Vorgeschmack bekommt ihr im nächsten Kapitel.  Nehmen wir an, eine ebene Wellenfront, stellt euch z.B. eine Welle vor, trifft ein Hindernis, an dem sie reflektiert wird, wie z.B. eine Mauer. Im Bild ist die Ausbreitungsrichtung unserer ebenen Welle mit einem blauen Pfeil gekennzeichnet und das Hindernis, an dem sie reflektiert werden soll, mit A. Mithilfe des huygensschen Prinzips können wir nun folgende Aussage treffen: Jedes mal, wenn ein Punkt unserer Wellenfront das Hindernis berührt, entsteht dort ein Ursprung für eine halbkugelförmige Elementarwelle. Und wenn wir die Einhüllende dieser Elementarwellen zu verschiedenen Zeitpunkten betrachten, dann sehen wir, dadurch entsteht eine Art Knick, der unsere Wellenfront entlangläuft, bis sie vollständig an der Mauer reflektiert wurde.  Ihr seht also, mit dem huygensschen Prinzip lassen sich auch kompliziertere Vorgänge erklären, wie die Reflexion einer Wellenfront, aber auch die Beugung, Brechung und Interferenz von Wellen. Mehr dazu erfahrt ihr aber in den nächsten Videos.  Wir wollen noch mal wiederholen, was wir heute gelernt haben. Das huygenssche Prinzip besagt: 1. Jeder Punkt einer Wellenfront ist Ursprung einer halbkugelförmigen Elementarwelle gleicher Ausbreitungsgeschwindigkeit und Wellenlänge.  2. Die Einhüllende dieser Elementarwellen ist die neue Wellenfront.  Das huygenssche Prinzip kann Ausbreitung, Reflexion, Beugung, Brechung und Interferenz von Wellen erklären. So, das war's schon wieder für heute. Ich hoffe, ich konnte euch helfen. Vielen Dank fürs Zuschauen. Vielleicht bis zum nächsten mal. Euer Kalle

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8 Kommentare
  1. Default

    jetzt hab ich es verstanden

    Von Haifischfrauen10, vor mehr als einem Jahr
  2. Default

    Es geht zu schnell und viele Sachen werden nicht genau erklaert.

    Von Ahmedtamer12, vor etwa 2 Jahren
  3. Nikolai

    Hallo Libro E Musica,

    es ist in der Tat so das nicht jedes sofatutor Video ohne Vorwissen zu verstehen ist. Gerade bei den Videos von Kalle und Kalo handelt es sich meistens um Stoff der Oberstufe der natürlich nicht ohne Vorbereitung zu genießen ist. Auch sind die Videos von Kalle bei vielen Schülern sehr beliebt, die das höhere Niveau gut finden. Bei den Videos für die Mittel- und Orientierungsstufe bemühen wir uns allerdings deinen Anforderungen gerecht zu werden. Diese sind im Normalfall (manchmal müssen Videos aufeinander Aufbauen da der Stoff sonst nicht zu verstehen ist) ohne Vorwissen für jeden zu genießen, wie z.B. die Videos von Sandra, die dir ja gefallen haben. Die Ansprüche unserer Kunden sind sehr unterschiedlich weshalb es auch Videos auf unterschiedlichen Niveau geben muss. Ich danke dir aber für deine Anregungen (Kalle spricht manchmal wirklich sehr schnell so etwas wollen wir in Zukunft vermeiden) und habe diese als Kundenfeedback vermerkt. Unsere Kundenfeedbacks werden regelmäßig ausgewertet und in unsere Planungen mit einbezogen.

    Lg Niko

    Von Nikolai P., vor mehr als 3 Jahren
  4. Default

    Physik mit Kalle - leider nicht für alle....
    besonders nicht für diejenigen, für die sofatutor eigentlich gedacht ist, Schüler mit Schwierigkeiten, denen im Schuluntericht alles zu schnell geht, die Lehrer haben, die ihren Stoff abarbeiten und sich nicht fragen, wie ein Schüler eigentlich lernt. Ein Lernvideo, das ich nur verstehe, wenn ich mir den Inhalt schon auf andere Art erarbeitet habe, verfehlt seinen Zweck. Ein Lernvideo darf kein verfilmtes Lehrbuch sein. Diese in einem Affenzahn hingekritzelten Texte sind lernpsychologisch gesehen wertlos. Wie es richtig geht, zeigen die meisten Mathematikvideos, in denen der Tutor in Kontakt mit dem Lernenden seinen Stoff entwickelt.

    Von Libro E Musica, vor mehr als 3 Jahren
  5. Nikolai

    Wie würdet ihr zwei euch denn die Videos wünschen? Für Verbesserungsvorschläge sind wir immer offen. Geht es hier einfach nur um das Sprechtempo oder meint ihr der Inhalt sei schlecht präsentiert?

    Von Nikolai P., vor mehr als 3 Jahren
  1. Default

    Es muss natürlich abgespult heißen, nicht abgespuhlt.

    Von Libro E Musica, vor mehr als 3 Jahren
  2. Default

    Schnell und glatt abgespuhlt. Das kann ich auch in einem Buch nachlesen. uso93 hat völlig Recht.

    Von Libro E Musica, vor mehr als 3 Jahren
  3. Default

    Viel zu schnell. Es klingt so, als ob es aus einem Physik - Lehrbuch vorgelesen wird.

    Von Uso93, vor fast 4 Jahren
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